Wasserstoff als Energieträger
Wasserstoff (H2) ist das einfachste und häufigste Element im Universum. Meist tritt es jedoch in Verbindung mit anderen Elementen auf, wie zum Beispiel in Wasser (H2O) oder organischen Verbindungen wie Methan (CH4). In reiner Form ist Wasserstoff gasförmig und besteht aus zwei miteinander verbundenen Wasserstoffatomen.
Das Element zeichnet sich durch seine hohe Energiedichte als Energieträger aus. Zudem wird er emissionsfrei verbrannt. Bei der Reaktion mit Sauerstoff entsteht lediglich Wasser.
Effizienzsteigerung durch Wasserstoffanlagen
In der modernen Industrie gewinnt H2 zunehmend an Bedeutung. Denn er ist ein effizienter Energieträger und kann als emissionsarmer Ersatz für fossile Brennstoffe dienen. Wasserstoffanlagen für verschiedene Einsatzstoffe tragen zum Beispiel dazu bei, Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie zu steigern. Somit tragen sie langfristig zur nachhaltigen Entwicklung und Reduktion von Treibhausgasemissionen bei.
Verbesserung der Umweltbilanz durch Wasserstoff als Energieträger
Ein Hauptvorteil von Wasserstoff als Energieträger liegt in seiner hohen Energiedichte, die eine effiziente Energienutzung ermöglicht. Er kann beispielsweise in Brennstoffzellen eingesetzt werden, um elektrischen Strom und Wärme zu erzeugen. Diese Technologie weist im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren und Dampfturbinen einen höheren Wirkungsgrad und geringere Emissionen auf. Dies führt zu einer verbesserten Energieeffizienz und geringeren Umweltauswirkungen in der Industrie.
Wasserstoffanlagen: Diese Verfahren nutzen sie
Die Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff unterscheiden sich, auch hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen. Je nach Verfahren spricht man dann von grauem, blauem oder grünem Wasserstoff.
Dampfreformierungsanlagen
Das Dampfreformierungsverfahren ist derzeit das am häufigsten verwendete Verfahren in Wasserstoffanlagen. Hierbei wird er aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas, Kohle oder Erdöl gewonnen.
Das Verfahren kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: die Dampfmethanreformierung (Steam Methane Reforming, SMR) und die partielle Oxidation (Partial Oxidation, POX). Beide Verfahren sind in der Industrie weit verbreitet. Sie dienen vor allem zur Herstellung von grauem und blauem Wasserstoff.
Grauer Wasserstoff
Grauer Wasserstoff wird durch Dampfmethanreformierung oder partielle Oxidation von Erdgas gewonnen. Dabei entstehen zusätzlich auch Kohlendioxid (CO2) und andere Gase als Nebenprodukte.
Blauer Wasserstoff
Blauer Wasserstoff unterscheidet sich von grauem hauptsächlich durch die Anwendung von CO2-Abscheidungs- und -Speichertechnologien (Carbon Capture and Storage, CCS) während des Herstellungsprozesses. Dies bedeutet, dass das entstehende Kohlendioxid abgeschieden und sicher gelagert wird, anstatt in die Atmosphäre abgegeben zu werden. Blauer Wasserstoff ist daher umweltfreundlicher. Dennoch ist auch er nicht vollständig emissionsfrei, da die CCS-Technologien nicht 100 % des CO2 abfangen können.
Elektrolyse unter Verwendung Erneuerbarer Energien: Grüner Wasserstoff
Grüner Wasserstoff gilt als die sauberste Form, da er durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird und keine CO2-Emissionen verursacht. Die Elektrolyse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem Wasser (H2O) unter Zufuhr von elektrischer Energie in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt wird. Nur wenn der Strom für die Elektrolyse muss dabei aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft, Solarenergie oder Wasserkraft stammen.
Welche Industriezweige nutzen Wasserstoffanlagen bereits?
Wasserstoffanlagen sind in verschiedenen Industriezweigen schon heute von großer Bedeutung. Zu ihnen gehören:
- Raffinerien und Petrochemie: In Raffinerien wird H2 für die Hydrotreating- und Hydrocracking-Prozesse verwendet. Dabei werden Schwefel und Stickstoff aus Rohölprodukten entfernt. Kohlenwasserstoffe werden in leichtere, wertvollere Produkte umgewandelt.
- Chemische Industrie: Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Ammoniak und Methanol. Sie dienen als Basischemikalien für Düngemittel, Kunststoffe und andere industrielle Produkte dienen.
- Stahlindustrie: In der Stahlproduktion kann H2 zur Reduktion von Eisenerz verwendet werden. Dadurch reduzieren sich die CO2-Emissionen im Vergleich zu traditionellen Verfahren, die auf Kohle basieren.
- Energiespeicherung und -verteilung: H2 kann als Energiespeicher für erneuerbare Energien eingesetzt werden. Überschüssige Energie aus Windkraft, Solarenergie oder Wasserkraft werden dabei zur Herstellung von grünem Wasserstoff verwendet. So gewonnen kann er dann in Brennstoffzellen genutzt werden, um elektrischen Strom und Wärme zu erzeugen. Alternativ lässt er sich in das Erdgasnetz einspeisen, um den Anteil erneuerbarer Energien im Gasnetz zu erhöhen.
Bedeutungewinn als Energieträger und Speichertechnologie
Besonders im Rahmen der Energiewende gewinnt Wasserstoff als Speichertechnologie an Bedeutung. Forschung und Investitionen in diesem Bereich werden sich in den kommenden Jahren stark erhöhen. Auch die Industrie kann durch die Nutzung von Wasserstoffanlagen ihre Effizienz deutlich steigern. Zudem verbessert die industrielle Produktion durch die Nutzung von Wasserstoffanlagen ihre Umweltbilanz.
